Una válvula de seguridad es un componente de seguridad crítico para calderas, recipientes a presión y otros equipos a presión, ya que previene eficazmente incidentes de explosión resultantes de la sobrepresión de los dispositivos de producción.
Por ello, las válvulas de seguridad desempeñan un papel crucial en las plantas químicas.
Para obtener una comprensión integral de las válvulas de seguridad, es esencial examinar su clasificación, características, criterios de selección y requisitos de instalación.
Clasificación y características de las válvulas de seguridad.
Según la diferencia de estructura general y mecanismo de carga.
Las válvulas de seguridad se pueden clasificar en tres tipos según su estructura general y mecanismo de carga: tipo palanca de martillo pesado, tipo resorte y tipo pulso.
De estas tres, la válvula de seguridad de tipo resorte es la más utilizada.
1. Válvula de seguridad de palanca de martillo pesado
La válvula de seguridad con palanca de martillo pesado funciona utilizando un martillo pesado y una palanca para equilibrar la fuerza sobre el disco de la válvula.
Aprovechando el principio de palanca, una masa menor puede generar una fuerza mayor aumentando la longitud de la palanca, y la presión de apertura de la válvula de seguridad se puede ajustar modificando la posición o masa del peso.
Beneficios:
La pesada válvula de seguridad con palanca de martillo tiene una estructura simple y es fácil de ajustar con precisión. La carga no aumenta significativamente a medida que se eleva el disco de la válvula.
Es adecuado para aplicaciones de alta temperatura y se ha utilizado ampliamente en el pasado, particularmente en calderas y recipientes a presión que requerían altas temperaturas.
Desventajas:
Sin embargo, la válvula de seguridad de palanca de martillo pesado tiene una estructura voluminosa y el mecanismo de carga es propenso a vibraciones y fugas.
Además, tiene una presión de reajuste baja, lo que dificulta un buen cierre después de la apertura.
2. Válvula de seguridad tipo resorte
La válvula de seguridad accionada por resorte utiliza la fuerza de un resorte de compresión para equilibrar la fuerza sobre el disco de la válvula.
La compresión del resorte se puede ajustar girando la tuerca de ajuste, lo que permite modificar la presión de apertura (ajuste) de la válvula de seguridad según sea necesario.
Beneficios:
La válvula de seguridad accionada por resorte tiene una estructura liviana y compacta, es altamente sensible, puede instalarse en cualquier posición y es resistente a las vibraciones. Es ideal para su uso en recipientes a presión móviles.
Desventajas:
Sin embargo, la carga sobre la válvula de seguridad cambia a medida que se abre la válvula, lo que significa que a medida que se eleva el disco de la válvula, aumenta la compresión del resorte y aumenta la fuerza sobre el disco de la válvula. Esto puede afectar la apertura rápida de la válvula de seguridad.
Además, la exposición prolongada a altas temperaturas puede reducir la elasticidad del resorte, por lo que es necesario considerar el aislamiento térmico o la disipación de calor cuando se utiliza en contenedores con altas temperaturas. Esto hace que la estructura sea más compleja.
3. Válvula de seguridad de pulso
La válvula de seguridad de pulso está compuesta por una válvula principal y una válvula auxiliar y opera utilizando la acción pulsada de la válvula auxiliar para accionar la válvula principal.
Su estructura es compleja y normalmente sólo es adecuada para calderas y recipientes a presión que requieren una gran capacidad de descarga de seguridad.
Clasificación basada en modos de descarga promedio:
Según el modo de descarga del medio, las válvulas de seguridad se pueden clasificar en tres tipos: completamente cerradas, semicerradas y abiertas.
1. Válvula de seguridad completamente cerrada
La válvula de seguridad completamente cerrada descarga todo el gas a través del tubo de escape, evitando que se escape cualquier medio durante el funcionamiento.
Este tipo de válvula de seguridad se utiliza principalmente en contenedores que contienen gases tóxicos e inflamables.
2. Válvula de seguridad semicerrada
En una válvula de seguridad semicerrada, parte del gas descargado pasa a través del tubo de escape mientras que el resto se escapa a través del espacio entre la tapa de la válvula y el vástago de la válvula.
Este tipo de válvula de seguridad se utiliza principalmente en recipientes que contienen gases que no dañan el medio ambiente.
3. Abra la válvula de seguridad.
La válvula de seguridad abierta tiene una tapa de válvula abierta que conecta la cámara del resorte con la atmósfera, lo que facilita la reducción de la temperatura del resorte.
Este tipo de válvula de seguridad se utiliza principalmente en recipientes que contienen vapor como gases de media o alta temperatura que no dañan la atmósfera.
Según la relación entre la altura máxima de apertura del disco de la válvula y el canal de flujo
La válvula de seguridad se divide principalmente en válvulas de seguridad microabiertas y válvulas de seguridad completamente abiertas según la relación entre la altura máxima de apertura del disco de la válvula y el diámetro de la trayectoria del flujo de la válvula de seguridad.
1. Válvula de seguridad Microlift
La altura de apertura de una válvula de seguridad microabierta es inferior a 1/4 del diámetro del canal, generalmente de 1/40 a 1/20 del diámetro del canal.
Este tipo de válvula de seguridad opera mediante acción proporcional y se utiliza principalmente en aplicaciones líquidas y en ocasiones en aplicaciones gaseosas con bajos caudales.
2. Válvula de seguridad de elevación total
La altura de apertura de una válvula de seguridad completamente abierta es igual o mayor que 1/4 del diámetro del canal de flujo.
El área de descarga de una válvula de seguridad completamente abierta es igual al área de la sección transversal mínima de la garganta del asiento de la válvula.
Este tipo de válvula de seguridad funciona mediante una acción de dos etapas y requiere un mecanismo de elevación para abrirse completamente. Se utiliza principalmente en aplicaciones de medio gas.
Según el principio de acción.
Las válvulas de seguridad también se pueden clasificar en válvulas de seguridad de acción directa y válvulas de seguridad de acción indirecta según el principio de acción.
1. Válvula de seguridad de acción directa
La válvula de seguridad de acción directa opera por la acción directa del medio de trabajo, lo que significa que la presión del medio de trabajo abre la válvula superando la carga mecánica impuesta por el mecanismo de carga sobre el disco de la válvula.
Este tipo de válvula de seguridad tiene una estructura simple y opera rápidamente con alta confiabilidad. Sin embargo, debido a limitaciones en su estructura, no es adecuado para aplicaciones de alta presión y gran diámetro.
2. Válvula de seguridad de acción indirecta
La válvula de seguridad de acción directa se puede dividir en dos tipos: válvulas de seguridad piloto y válvulas de seguridad con dispositivos de potencia auxiliar.
Instrucciones de selección de válvulas de seguridad.
Determinación de diversos parámetros de la válvula de seguridad:
- Determine la presión nominal de la válvula de seguridad:
Elija la presión nominal según el material de la válvula, la temperatura de funcionamiento y la presión máxima de trabajo.
- Determine el nivel de presión de trabajo de la válvula de seguridad:
El nivel de presión de trabajo debe seleccionarse en función de la presión y la temperatura de diseño del recipiente a presión.
Es importante tener en cuenta que la presión de trabajo de la válvula de seguridad tiene un significado diferente a la presión de trabajo del resorte.
La presión de trabajo de la válvula de seguridad se refiere a la presión estática frente a la válvula durante el funcionamiento normal, que es equivalente a la presión de trabajo del sistema o equipo protegido.
Por el contrario, el nivel de presión de trabajo del resorte se refiere al rango de presión permitido del resorte.
Dentro de este rango, la presión de apertura (es decir, la presión de ajuste) de la válvula de seguridad se puede ajustar cambiando la compresión de la precarga del resorte.
Las válvulas de seguridad con la misma presión nominal pueden tener diferentes niveles de presión de trabajo según los requisitos de diseño del resorte.
Al seleccionar una válvula de seguridad, es fundamental determinar el nivel de presión de trabajo en función del valor de presión de apertura requerido.
- Determine la presión de descarga de la válvula de alivio (PD):
La presión de descarga de una válvula de seguridad suele ser 1,1 veces la presión establecida (presión de apertura), mientras que la presión de descarga de una válvula de seguridad de una caldera de vapor es 1,03 veces la presión establecida.
- Determine el tamaño de la válvula de seguridad:
La capacidad de descarga de la válvula de seguridad debe determinarse en función de la descarga requerida, y la capacidad de descarga de la válvula de seguridad debe ser igual o mayor que la descarga requerida.
La descarga requerida del sistema protegido se refiere a la cantidad que debe ser expulsada para evitar una sobrepresión en caso de una sobrepresión anormal del sistema.
Este valor está determinado por las condiciones de trabajo, capacidad y potencial sobrepresión del sistema o equipo.
- Determinar la selección de materiales:
El material de la válvula de seguridad debe considerar la temperatura y presión de trabajo del medio, las propiedades del medio y la viabilidad y economía del material.
Determinación de la Estructura Especial de Válvulas de Seguridad
① Para vapor con una presión de apertura de más de 3 Mpa o gas con una temperatura promedio de más de 320 ℃, se debe seleccionar una válvula de seguridad con un radiador (aleta).
② En el caso de una válvula de seguridad que admita contrapresión adicional y si el cambio en la contrapresión excede el 10% de la presión de ajuste, se debe elegir una válvula de seguridad de fuelle. Además, para una válvula de seguridad que trabaja con un medio corrosivo, también se debe seleccionar una válvula de seguridad de fuelle para evitar la corrosión del resorte y del mecanismo de guía por el medio.
③ Para medios inflamables, altamente tóxicos o extremadamente peligrosos se debe utilizar una válvula de seguridad cerrada. Si se requiere una válvula de seguridad con mecanismo de elevación, se debe utilizar una válvula de seguridad cerrada con una llave.
④ Para medios no peligrosos como aire, agua caliente o vapor por encima de 60 ℃, se debe adoptar una válvula de seguridad con llave.
⑤ Para los camiones cisterna (cisterna) de licuefacción, se debe adoptar una válvula de seguridad incorporada.
⑥ Para condiciones de trabajo con gran capacidad de descarga, se debe seleccionar el tipo completamente abierto. Para condiciones de trabajo con presión de trabajo estable y pequeña capacidad de descarga, se debe elegir el tipo de microarranque. Para condiciones de alta presión con gran capacidad de descarga, se debe seleccionar un tipo de arranque indirecto, como una válvula de seguridad por impulsos. Para embarcaciones de más de 6 m, se deben instalar dos o más válvulas de seguridad.
⑦ Para recipientes fijos con baja presión de trabajo, se puede utilizar una válvula de seguridad de peso estático (olla a presión) o de palanca. Para equipos móviles, se debe adoptar una válvula de seguridad de tipo resorte.
⑧ Si el medio es espeso y propenso a obstruirse, se debe seleccionar un dispositivo de alivio combinado en serie de una válvula de seguridad y un disco de ruptura.
Posición y requisitos de instalación de la válvula de seguridad.
1. Posición de instalación
① La válvula de seguridad debe instalarse verticalmente hacia arriba.
② La posición de instalación debe estar lo más cerca posible del equipo o tubería protegido.
③ La válvula de seguridad debe instalarse en un lugar que sea fácil de mantener y ajustar, con suficiente espacio a su alrededor.
④ La válvula de seguridad para un recipiente a presión debe instalarse en el espacio de la fase gaseosa por encima del nivel de líquido del recipiente o en la tubería, con el punto de conexión ubicado en el espacio de la fase gaseosa del recipiente a presión.
⑤ Para contenedores y equipos que contienen medios inflamables, tóxicos o viscosos, se puede instalar una válvula de cierre delante de la válvula de seguridad. Sin embargo, el área de flujo de la válvula de bloqueo no debe ser menor que el área de flujo mínimo de la válvula de seguridad y se debe instalar un sello de plomo para garantizar que la válvula de bloqueo esté completamente abierta y normalmente abierta.
⑥ Para reducir la influencia de la autogravedad de la válvula y evitar la fatiga por tensión y la fatiga por vibración de descarga, la válvula de seguridad debe instalarse frente a la válvula de bloqueo.
⑦ Si la válvula de seguridad puede estar bloqueada o corroída por materiales, se debe colocar un disco de ruptura delante de su entrada, se debe instalar una válvula de inspección entre la válvula de seguridad y el disco de ruptura y se deben tomar medidas antibloqueo como purgar la parte trasera, Se debe aplicar trazado calefactor o aislamiento térmico a la tubería de entrada.
⑧ La válvula de seguridad instalada en la tubería debe colocarse en un lugar donde la presión del fluido sea relativamente estable y a cierta distancia de la fuente de fluctuación. No debe instalarse en la esquina muerta de la tubería horizontal.
⑨ En tuberías, intercambiadores de calor o recipientes a presión con medio líquido, cuando la válvula está cerrada, la expansión térmica puede provocar una alta presión. Para solucionar esto, la válvula de seguridad se puede instalar horizontalmente para descargar el líquido directamente hacia abajo.
⑩ Para una descarga de aire de emergencia, el orificio del tubo debe ser plano, no afilado y libre de rebabas para evitar descargas electrostáticas.
El punto de instalación de la válvula de seguridad no debe someterla a una contrapresión excesiva y debe estar dentro del rango permitido especificado. El cuerpo de la válvula de seguridad debe estar soportado de forma estable.
Para contenedores con medios extremadamente peligrosos o inflamables y explosivos, la salida de la válvula de seguridad debe llevarse a un lugar seguro y manipularse adecuadamente.
Si más de dos válvulas de seguridad comparten una tubería de descarga, el área de la sección transversal de la tubería de descarga no deberá ser menor que la suma de las áreas de la sección transversal de las salidas de todas las válvulas de seguridad. Sin embargo, el oxígeno o gas combustible y otros dos gases que pueden producir una reacción química entre sí no pueden compartir un tubo de descarga.
2. Requisitos de instalación
① Para medios corrosivos, la válvula de seguridad debe instalarse en combinación con un disco de ruptura.
② Para medios altamente tóxicos, se debe seleccionar una válvula de seguridad con buen sellado.
③ Para medios de alta temperatura, la alta temperatura puede tener un impacto significativo en el resorte, por lo que se deben evitar las válvulas de seguridad con resorte.
④ Para válvulas de seguridad importantes o vulnerables al fuego, se debe instalar un sistema de protección contra salpicaduras.
⑤ Para las válvulas de seguridad para tanques esféricos, se deben instalar válvulas de seguridad dobles y la capacidad de alivio de presión de cualquier válvula de seguridad debe ser suficiente para cumplir con los requisitos de seguridad de alivio de presión del tanque esférico.
⑥ La válvula de seguridad debe estar equipada con un puente electrostático.
⑦ Para evitar que la válvula de seguridad se abra y cierre repetidamente, provocando vibraciones y dañando la válvula, se debe reducir la caída de presión en la tubería de entrada de la válvula de seguridad. Esto se puede lograr aumentando el diámetro del tubo de entrada y acortando la sección del tubo de entrada.
